[发明专利]一种可测量高速旋转动密封磨损特性的装置

说明书

本发明公开了一种可测量高速旋转动密封磨损特性的装置，包括转动模拟装置、侵入模拟装置、应力测量装置、温度测量装置和计算机。本发明使用高速伺服电机带动转盘，其转速范围为300～16000r/min，可真实地模拟航空发动机内动密封各种高转速工况；使用高精度步进电机和丝杆，可模拟不同侵入速度和侵入量，并且能经济便捷地更换转子面及磨损试验件。因此该发明可广泛应用于各种动密封结构的磨损特性实验。所述发明主要由转动模拟装置、侵入模拟装置、应力测量装置和温度测量装置四部分构成，通过红外热像仪和电阻应变片，可同时测量密封齿和转子碰磨过程中的温度、接触压力和接触摩擦力，能够更详细地分析碰磨过程，对磨损变形的机理进行更深入的研究。

技术领域

本发明属于航空航天涡轮发动机技术领域。具体涉及一种可模拟航空发动机运行过程中高速旋转动密封的不同碰磨工况，并可测量高速旋转动密封磨损特性的装置。

背景技术

在航空发动机中，静子部件和转子部件之间的间隙内安装有旋转动密封装置，用以控制两者间隙内部从高压侧向低压侧的泄漏流动。动密封装置的性能对于航空发动机的安全、经济和稳定运行具有非常重要的作用。常用的动密封装置按照结构可分为迷宫密封、蜂窝密封、孔型密封、指式密封和刷式密封等，按照在发动机中安装位置的不同又可分为轴端密封、级间密封、隔板密封和叶顶密封等。为控制泄漏量，动密封装置的转子部件与静止部件间的间隙往往很小。

由于存在偏心振动、离心力膨胀和热膨胀等因素，动密封装置的转子和静子间常常不可避免会发生碰磨。尤其是在航空发动机的一些过渡工况(如启动、停机、变载荷等)，动密封动静部件间碰磨严重。研究发现，密封装置因碰触摩擦造成的密封磨损与结构变形，将显著影响密封装置的封严性能，进而影响航空发动机的整体运行效率、运行安全性和使用寿命。因此，对航空发动机内动密封装置在高速旋转条件下的碰磨工况进行模拟，并测量不同密封结构的磨损特性，预测密封装置的磨损变形程度，是航空发动机设计、制造、研究领域的热点和难点问题。

在现有的动密封磨损试验台中，磨损盘的转速往往较低，达不到实际航空发动机转子的高转速，因此模拟的动密封碰磨工况与实际工况存在一定的差别。此外，目前的磨损试验台往往只更换磨损试验件，而更换转子面则需要较大的试验成本与较长的时间。因此无法经济有效地测量不同结构与材质转子对动密封装置磨损特性的影响，也无法用于研究带密封齿的转子对静子阻尼面(如蜂窝面、孔型面等)的磨损特性。此外，目前的磨损试验台往往只能测量磨损后试验件的变形结构与金相组织，或通过扭矩间接测量接触部分的摩擦力，而不能系统性地同时对磨损过程中摩擦接触部分的温度、压力和摩擦力进行实时测量，不利于对动密封装置碰磨过程中的磨损变形机理进行深入的分析研究。

发明内容

本发明的目的是针对可模拟航空发动机中动密封装置与高转速转子的不同碰磨工况，并能够经济便捷地更换不同材质、不同结构的动密封的要求，以及可同时测量磨损过程中密封结构的温度、接触压力和摩擦力，对不同密封结构的磨损特性进行深入的机理性研究的要求，提出一种可达到航空发动机转子表面真实线速度、可模拟动密封转子不同侵入速度和侵入深度、可经济便捷地更换转子摩擦外环和磨损试验件、并可同时实时监测接触面附近的温度场、记录接触压力和摩擦力的研究动密封磨损特性的装置。本发明对于航空发动机的设计制造研究有着十分重要的应用价值。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

一种可测量高速旋转动密封磨损特性的装置，包括转动模拟装置、侵入模拟装置、应力测量装置、温度测量装置和计算机；其中，

转动模拟装置包括伺服电机控制器、联轴器、转轴、转盘和转盘底座，以及安装在转盘底座的伺服电机，伺服电机由伺服电机控制器控制转速，并通过联轴器与转轴一端连接，转轴另一端穿过轴承座安装在转盘底座上，转盘安装在转轴另一端，悬空在转盘底座外；